CN111525218A - 一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，涉及一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器及通信设备；所述滤波器包括陶瓷介质体，陶瓷介质体外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体的一侧表面设置有十个谐振盲孔，且这十个谐振盲孔呈两行五列的结构排列；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有至少三个大小以及深度可调的耦合盲孔；在陶瓷介质体上设置有一到三个通槽和至少一个通孔；其中，每个通槽设置于不同的相邻两列谐振盲孔的中间，每个通孔设置于不同的相邻谐振盲孔之间，且通槽的体积大于通孔的体积；本发明减少了通槽的数量以提高整体机械强度；并且增大了谐振腔的单腔尺寸，能够有效提高器件的Q值，降低了插损，降低胚体压制难度，也减少变形量。

Description

一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器及通信设备

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种介质滤波器，尤其涉及一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器及通信设备。

背景技术

滤波器是微波通信***中不可或缺的电子元件，其性能决定了通信***的质量。随着5G通信技术的到来，5G基站天线端口数从传统8端口增加到64端口、128端口，大幅度提升了滤波器的需求量。因此，小体积、轻量化、高性能滤波器应运而生且势在必行。而介质波导滤波器综合了腔体滤波器和传统介质滤波器的优良性能，故成为5G通信设备中最佳选择。

传统的波导滤波器为空气填充的金属腔结构，其金属材料边缘起到了电磁屏蔽和结构支撑的作用。但较大体积和重量已经不能满足5G基站小形化的要求。而介质波导滤波器采用高介电常数陶瓷材料填充、压制成形，起到电磁波传导和结构支撑作用。同时，由陶瓷粉体材料制作而成的谐振器，其优点是体积小、便于实现电路集成、温度稳定性高，以及在使用上不受频率限制。

现有技术一般采用10阶4陷波、9阶4陷波等多阶介质滤波器结构；例如中国专利CN106910969 A给出了一种五阶、八阶介质波导滤波器；但是该方案主要针对述现有多阶介质波导滤波器的耦合桥存在长度/耦合量受限于铣削刀具尺寸的问题，以及多阶滤波器体积较大的问题；但并没有解决矩形度不高、滤波器高损耗等问题，也不能提高滤波器的带外抑制。

申请人于2019年11月申请了一种十阶六陷波的介质波导滤波器(CN110797613A)，该专利能够解决矩形度不高、滤波器高损耗等问题，也可以提高滤波器的带外抑制等问题，但是研究人员在制造过程中发现，该产品由于采用了四个通槽结构，导致整体的机械强度不够强，其阻带抑制还需要再提高，且在加工制造方面也不够方便。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明为了解决在减小滤波器插损的情况下实现基站滤波器的高矩形度性能要求的技术问题，基于十阶六陷波结构，提出了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器及通信设备。

在本发明的第一方面，本发明提供了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体，陶瓷介质体外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体的一侧表面设置有十个谐振盲孔，且这十个谐振盲孔呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有至少三个大小以及深度可调的耦合盲孔；在陶瓷介质体上设置有一到三个通槽和至少一个通孔；其中，每个通槽设置于不同的相邻两列谐振盲孔的中间，每个通孔设置于不同的相邻谐振盲孔之间，且通槽的体积大于通孔的体积。

进一步的，耦合盲孔可以为三个也可以为四个或者五个等等，耦合盲孔的深度可以根据滤波器的性能进行调整，当孔深为零时，即可去掉该耦合盲孔。

优选的，所述耦合盲孔为三个，第一个耦合盲孔位于第一列与第二列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第二个耦合盲孔位于第三列与第四列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第三个耦合盲孔位于第四列与第五列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间。

进一步的，所述耦合盲孔为圆形、矩形、腰形或椭圆形；本发明优选为圆形。

优选的，所述耦合盲孔、谐振盲孔的最下端的底部边缘均可以为导角，可以可以提高功率容量，方便制造，能够增大器件的成品率，减少变形量。

进一步的，所述通槽的形状包括呈腰形、弧形、长条形、T形、L形或十字形中任意一种或多种。

进一步的，腰形和长条形的通槽的长度可调，且角度可调，即可以呈横向或者纵向设置，极端情况下，可以以一定倾斜角度进行设置。

进一步的，T形、L形或十字形具有槽臂，所述通槽的槽臂长度可调，且槽身也可调。

进一步的，所述介质波导滤波器还包括在陶瓷介质体的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔。

在本发明的第二方面，本发明还提供了一种通信设备，包括上述的新型的十阶六陷波的介质波导滤波器。

本发明的有益效果：

本发明针对现有的十阶六陷波的介质波导滤波器机械强度不足、加工制造复杂以及阻带抑制较低等问题，本发明提出了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，通过减少了通槽的数量提高了整体机械强度；同时由于以尺寸较小的通孔替代通槽，相当于就等效增大了谐振腔的单腔尺寸，能够有效提高器件的Q值，降低了插损，降低胚体压制难度，也减少变形量；另外，本发明采用了所设置的三个谐振盲孔，分别靠近第一列、最后一列谐振盲孔的几何中心以及位于任意相邻的谐振盲孔之间；可以增强滤波器的阻带抑制；总而言之，通过本发明对各个结构的设置；使得本发明具有制备工艺简单，便于批量生产的特性。

附图说明

图1为本发明采用的10阶6陷波的拓扑结构图；

图2为实施例一采用的一种介质波导滤波器的结构图；

图3为实施例二采用的一种介质波导滤波器的结构图；

图4为实施例三采用的一种介质波导滤波器的结构图；

图5为实施例四采用的一种介质波导滤波器的结构图；

图6为实施例五采用的一种介质波导滤波器的结构图；

图7为本发明实施例的介质波导滤波器边带效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本实施例给出一种10阶6陷波的拓扑结构构造，通过增加从输入到输出的信号传输路径，并控制路径之间的相位差；图1中10个数字可以代表10个谐振盲孔，形成10阶6陷波构造；本发明中，将拓扑结构图中连线之处开窗通过控制耦合的极性产生交叉耦合。

实施例一

如图2所示，一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体100，陶瓷介质体100外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体100的一侧表面设置有十个谐振盲孔200，且这十个谐振盲孔200呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有三个大小以及深度可调的耦合盲孔300；在陶瓷介质体上设置两个通槽400和四个通孔500。

其中，一个通槽400设置于第二列与第三列谐振盲孔200的中间，另一个通槽设置于第三列与第四列谐振盲孔200的中间；也即是设置于由四个谐振盲孔200构成的区域中，该通槽400可以靠近任意这四个谐振盲孔中任意一个谐振盲孔，也可以位于该区域的正中央。

在本实施例中，固定设置了四个开口通孔500，这四个通孔500呈对称分布，分别设置第一列与第二列中相邻两个谐振盲孔之间，以及第四列与第五列中相邻两个谐振盲孔之间；本实施例中，通槽400为腰形通槽，通孔500为开口通孔；本结构将传统结构中的四个通槽减少至两个通槽，且设置了新的通孔，以尺寸较小的通孔替代尺寸较大的通槽；进而降低胚体压制难度，也减少变形量，不仅提高了器件的机械强度，还加大的谐振腔的单腔尺寸；提升介质滤波器的频率选择特性，增强滤波器的阻带抑制。

实施例二

如图3所示，一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体100，陶瓷介质体100外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体100的一侧表面设置有十个谐振盲孔200，且这十个谐振盲孔200呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有三个大小以及深度可调的耦合盲孔300；在陶瓷介质体上设置两个通槽400和四个通孔500。

其中，一个通槽400设置于第二列与第三列谐振盲孔200的中间，另一个通槽设置于第三列与第四列谐振盲孔200的中间；也即是设置于由四个谐振盲孔200构成的区域中，该通槽400可以靠近任意这四个谐振盲孔中任意一个谐振盲孔，也可以位于该区域的正中央。

在本实施例中，设置了四个通孔500，这四个通孔500可以呈对称分布，也可以灵活分布于各个谐振盲孔200之间；图3中以对称分布为例，分别设置第一列与第二列中相邻两个谐振盲孔之间，以及第四列与第五列中相邻两个谐振盲孔之间；本实施例中，通槽400为腰形通槽，通孔500为腰形通孔；本结构将传统结构中的四个通槽减少至两个通槽，且设置了新的通孔，以尺寸较小的通孔替代尺寸较大的通槽；进而降低胚体压制难度，也减少变形量，不仅提高了器件的机械强度，还加大的谐振腔的单腔尺寸；提升介质滤波器的频率选择特性，增强滤波器的阻带抑制。

本实施例相比于传统的多个大通槽，采用小通孔放置位置更加灵活，不仅减小了压制成型难度，而且提高了整体机械强度，还可以减少耦合盲孔的使用。

本实施例较实施例一设置通孔的位置更为灵活，本实施例中的通孔500的截面面积小于开口通孔的面积；例如，当开口通孔的长度大于腰形通孔的长度时(假定为同一曲径)，本实施例的结构可以与实施例一中的波导滤波器等效，但本实施例中的通孔设置位置更加灵活，且其横截面积更小，使得机械强度更好。

另外，陶瓷介质体100为高介电常数材料制成；所述陶瓷介质体100用于传递电磁波，其可以但不限于为由陶瓷介质材料制成的矩形实心体或者圆柱形实心体。陶瓷介质材料是一种硬质介质材料，具有很高的介电常数和较低的介质损耗，同时能够提供有效的结构支撑。通过这种介质材料设计出的介质波导滤波器等射频器件具有小型化、高稳定性、低损耗、重量轻和成本低等多种优点，能很好的满足未来滤波器的小型化和高性能的要求。此外，为了方便加工制造，在本实施例中，将所述陶瓷介质体100设计为矩形实心体结构。

实施例三

如图4所示，为了更进一步的增大滤波器性能稳定性；本实施例给出了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体100，陶瓷介质体100外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体100的一侧表面设置有十个谐振盲孔200，且这十个谐振盲孔200呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有三个大小以及深度可调的耦合盲孔300；在陶瓷介质体上设置三个通槽400和两个通孔500。

其中，一个通槽400设置于第一列与第二列谐振盲孔200的中间，另一个通槽400设置于第二列与第三列谐振盲孔200的中间，还有一个通槽设置于第三列与第四列谐振盲孔200的中间；也即是设置于由四个谐振盲孔200构成的区域中，该通槽400可以靠近任意这四个谐振盲孔中任意一个谐振盲孔，也可以位于该区域的正中央。

在本实施例中，通槽400可以为纵向设置的长条形通槽，也可以为横向设置的长条形通槽；且长条形通槽的长度也可以根据实际的耦合情况进行设置。在本实施例中，设置了两个通孔500，这两个通孔500呈对称分布，设置于第四列与第五列中相邻两个谐振盲孔之间。

本实施例中，固定设置了两个开口通孔500；这两个开口通孔500沿着陶瓷介质体100的轴线对称，且分别位于谐振盲孔200之间；本结构将传统结构中的四个通槽减少至三个通槽，且设置了新的通孔，以尺寸较小的通孔替代尺寸较大的通槽；进而降低胚体压制难度，也减少变形量，不仅提高了器件的机械强度，还加大的谐振腔的单腔尺寸；提升介质滤波器的频率选择特性，增强滤波器的阻带抑制。

实施例四

如图5所示，在上一实施例的基础上，为了更进一步提高滤波器结构的灵活性和稳定性；本实施例给出了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体100，陶瓷介质体100外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体100的一侧表面设置有十个谐振盲孔200，且这十个谐振盲孔200呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有三个大小以及深度可调的耦合盲孔300；在陶瓷介质体上设置三个通槽400和两个通孔500。

其中，一个通槽400设置于第一列与第二列谐振盲孔200的中间，另一个通槽400设置于第二列与第三列谐振盲孔200的中间，还有一个通槽设置于第三列与第四列谐振盲孔200的中间；也即是设置于由四个谐振盲孔200构成的区域中，该通槽400可以靠近任意这四个谐振盲孔中任意一个谐振盲孔，也可以位于该区域的正中央。

在本实施例中，通槽400可以为纵向设置的长条形通槽，也可以为横向设置的长条形通槽；且长条形通槽的长度也可以根据实际的耦合情况进行设置。在本实施例中，设置了两个通孔500，这两个通孔500呈对称分布，设置于第四列与第五列中相邻两个谐振盲孔之间；本实施例中，通孔500为腰形通孔；本结构将传统结构中的四个通槽减少至三个通槽，且设置了新的通孔，以尺寸较小的通孔替代尺寸较大的通槽；进而降低胚体压制难度，也减少变形量，不仅提高了器件的机械强度，还加大的谐振腔的单腔尺寸；提升介质滤波器的频率选择特性，增强滤波器的阻带抑制。本实施例的结构可以与实施例三中的波导滤波器等效，但本实施例中的通孔设置位置更加灵活，且其横截面积更小，使得机械强度更好。

实施例五

如图6所示，为了更好的配合相邻谐振器耦合的大小，实现交叉耦合零点；本实施例给出了一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体100，陶瓷介质体100外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体100的一侧表面设置有十个谐振盲孔200，且这十个谐振盲孔200呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；在陶瓷介质体的另一侧表面设置有三个大小以及深度可调的耦合盲孔300；在陶瓷介质体上设置三个通槽400和两个通孔500。

其中，一个T形通槽400设置于第一列与第二列谐振盲孔200的中间，一个腰形或者长条形通槽400设置于第二列与第三列谐振盲孔200的中间，还有一个T形通槽设置于第三列与第四列谐振盲孔200的中间；也即是设置于由四个谐振盲孔200构成的区域中，该通槽400可以靠近任意这四个谐振盲孔中任意一个谐振盲孔，也可以位于该区域的正中央。

在本实施例中，设置了两个通孔500，这两个通孔500呈对称分布，设置于第四列与第五列中相邻两个谐振盲孔之间。

本实施例中，通孔500为开口通孔；本结构将传统结构中的四个通槽减少至三个通槽，且设置了新的通孔，以尺寸较小的通孔替代尺寸较大的通槽；进而降低胚体压制难度，也减少变形量，不仅提高了器件的机械强度，还加大的谐振腔的单腔尺寸；提升介质滤波器的频率选择特性，增强滤波器的阻带抑制。

另外，本实施例还包括在陶瓷介质体的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔，输入输出盲孔可以设置在陶瓷介质体的下表面(由于图中较多盲孔和通孔，则不予示出)。

在一个补充实施例中，在上述任何一个实施例中，第一个耦合盲孔可以位于第一列与第二列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第二个耦合盲孔可以位于第三列与第四列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第三个耦合盲孔可以位于第四列与第五列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间。具体的，第一耦合盲孔可以位于拓扑结构中从1到4个谐振器任何两个相邻谐振器(或称谐振盲孔)之间，如1-2、2-3、3-4、1-4；第二个耦合盲孔位于拓扑结构中如9-10、5-6、5-10其中一个位置；第三个耦合盲孔位于拓扑结构中如6-7、7-8或者8-9中的一个位置；本实施例采用的三个耦合盲孔的构造，能够配合大通槽和小通孔实现具有六陷波的高性能，并且具有良好得阻带抑制。

图7给出了其中一个实施例的模型仿真曲线，其中横坐标为频率GHz，纵坐标为损耗dB；六个陷波分别位于滤波器的上边带和下边带。图7中两条曲线分别是采用本发明介质波导滤波器的损耗曲线和回波损耗；可以看出本发明的滤波器通带边缘具有较高的抑制。

实施例六

本实施例还提供了一种通信设备，包括如上述任一个实施例所述的介质滤波器。该通信设备，包含前述的介质滤波器，频率选择特性好。该通信设备可以是天线，也可以是收发信机等，采用前述提供的介质滤波器，提升了进行设计时的频率选择特性，可以根据实际的需要进行设计和布置，不再赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，包括陶瓷介质体，陶瓷介质体外侧通过金属化处理形成金属屏蔽层；在陶瓷介质体的一侧表面设置有十个谐振盲孔，且这十个谐振盲孔呈两行五列的结构排列，形成十阶结构；其特征在于：在陶瓷介质体的另一侧表面设置有至少三个大小以及深度可调的耦合盲孔；在陶瓷介质体上设置有一到三个通槽和至少一个通孔；其中，每个通槽设置于不同的相邻两列谐振盲孔的中间，每个通孔设置于不同的相邻谐振盲孔之间，且通槽的体积大于通孔的体积。

2.根据权利要求1所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，至少三个大小以及深度可调的耦合盲孔中第一个耦合盲孔位于第一列与第二列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第二个耦合盲孔位于第三列与第四列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间；第三个耦合盲孔位于第四列与第五列谐振盲孔中任意两个相邻谐振盲孔之间。

3.根据权利要求2所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述耦合盲孔为圆形、矩形、腰形或椭圆形。

4.根据权利要求3所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述耦合盲孔或/和谐振盲孔的底部边缘为导角。

5.根据权利要求1所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述通槽的形状包括呈腰形、弧形、长条形、T形、L形或十字形中任意一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述通槽的槽臂长度可调。

7.根据权利要求1所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，所述通孔为圆形、椭圆形或腰形。

8.根据权利要求1所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器，其特征在于，还包括在陶瓷介质体的另一侧表面设置对称的输入输出盲孔。

9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的一种具有六陷波的高性能介质波导滤波器。

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